文档介绍：项目名称:
血管发育和稳态维持的遗传及表观遗传机制
首席科学家:
杨晓中国人民解放军军事医学科学院
起止年限:
依托部门:
总后勤部卫生部
一、关键科学问题及研究内容
关键科学问题
脊椎动物的血管发生和血管形成是一个高度保守的涉及多种细胞特化和定向分化以及相互作用的复杂过程。血管内皮细胞如何通过遗传和表观遗传机制对细胞内外的调控信号做出精确的反应并与相邻的不同类型细胞相互作用,历经血管发生和血管形成逐渐发育成具有精细复杂等级结构的功能性血管网络并保持其稳态;这些调控机制的异常和紊乱又如何导致心脑血管疾病的发生是本项目关注的关键科学问题。具体包括:
1、血管发生的遗传和表观遗传机制:血管系统形态建成的分子机制;表观遗传修饰的改变(重点关注组蛋白的***化修饰以及基因组的***化修饰)是否可以在血管形成过程中起到调节作用。
2、血管内皮细胞特化和定向分化的分子基础:原始造血系统中成血管母细胞分化成血细胞和血管内皮细胞的谱系关系及其分子机理;定向造血系统中主动脉腹侧内皮细胞如何维持其细胞特异性或转化为造血干细胞的分子机理;冠脉内皮细胞特化的分子机制。
3、重要信号通路影响血管重塑的遗传和表观遗传机制:TGF-b和VEGF信号通路及其调控的miRNA调节内皮细胞功能、内皮细胞-壁细胞相互作用、及其对血管重塑和稳态维持的功能和机制。
4、血管损伤后重塑的分子机制:血管损伤及重塑过程中凋亡平滑肌细胞的炎症放大作用及其机制;牵拉刺激引起内皮细胞炎症分子的释放;血管损伤及重塑过程中血管平滑肌细胞增生的分子机制和干预措施。
主要研究内容
1、血管发生是血管发育的早期事件,涉及图式形成、内皮细胞命运决定和分化等发育生物学和细胞生物学基本科学问题。本项目拟利用斑马鱼作为模式生物,通过大规模诱变技术筛选血管发生异常的突变体,寻找血管及相关组织器官发育的重要调控因子与标记基因,进而深入研究它们在血管发生过程中的功能。在血管发生的表观遗传学机制方面,通过表达谱测序来得到斑马鱼中特定时期可能存在的***化酶或去***化酶,克隆得到这些基因,通过体外合成mRNA后进行注射以验证这些基因在血管发生过程中的作用。通过构建表达***化酶或者去***化酶的转基因鱼,结合体外生化实验验证这些***化酶或者去***化酶在血管形成不同时期的生理功能。
此外,通过转基因方法在血管内皮细胞中特异性表达绿色或红色荧光蛋白(GFP或RFP),结合长时间在体双光子或共聚焦显微镜成像技术,实时记录和跟踪中脑内的所有血管的三维形态变化。进而,运用图像分析、流体力学模型分析、细胞生物学、分子生物学等手段,研究脑血管网络发生和发育的宏观规律和分子机制。
2、探讨血管内皮细胞特化和定向分化的分子基础。利用多种特异性标记血管系统的转基因鱼和大规模诱变技术筛选影响血管发生和造血系统的突变体,通过共聚焦显微镜进行实时观察并比较野生型与突变体中血管发生和造血过程的差异,研究血液血管母细胞分化成血管内皮细胞和血细胞的谱系关系及其调控网络。同时,结合内皮细胞特异性基因敲除技术,研究主动脉腹侧内皮细胞定向分化为造血干细胞的分子调控机理。此外,寻找高等哺乳动物小鼠的冠脉内皮细胞起源,利用Cre-LoxP技术揭示Notch信号通路调控冠脉发生以及内皮细胞生物学活性的分子机制,阐明心外膜促进冠脉发生的重要生理功能和机制。
3、在重要信号通路影响血管重塑的遗传和表观遗传机制研究方面,主要利用基于Cre-LoxP系统的小鼠组织特异性条件基因敲除技术,构建血管内皮细胞、血管平滑肌细胞、脑血管内皮细胞特异性基因敲除小鼠,深入研究不同类型心血管细胞如何对来自自身和环境的TGF-b和VEGF信号做出精确反应,以及这种反应性异常如何导致血管重塑异常以及心血管疾病的发生。同时筛选受TGF-b调控的miRNA,并对这些miRNA调节内皮细胞功能、内皮-壁细胞相互作用、及其在血管重塑过程中的功能和机制进行深入的探讨。
4、综合利用基因敲除小鼠和多种血管损伤模型,深入研究血管损伤后重塑的分子机制。主要探索血管损伤后平滑肌细胞凋亡的关键信号通路IGF-1R-SGK1的作用、研究介导血管损伤后凋亡平滑肌细胞的炎症放大作用的关键分子机制、阐明血管损伤及重构过程中炎症细胞的来源、
阐明阻断COX-2来源的前列腺素对血管损伤后内膜增生的保护作用及其分子机制。同时明确深海鱼油EPA/DHA是否协同COX通路干预血管重塑、深海鱼油EPA能否调节动脉损伤后血管重塑、以及深海鱼油EPA与阿斯匹林协同调节血管损伤后重塑以及抗血栓作用和机制。
二、预期目标
总体目标:
本项目瞄准血管发育研究领域的前沿,整合国内优秀研究团队,系统深入地开展血管发生和血管形成的遗传和表观遗传机制研究。本项目的总体目